CC BY
59
УДК 629.623.437-8
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ, ОБОРУДОВАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ МОСТОВ
Н.Н. Носков, А.М. Волков, В.К. Зыкова
Представлено краткое содержание методики определения пропускной способности мостовых переходов, оборудованных с использованием механизированных мостов. Представленный материал содержит краткое описание проведенного анализа существующих методик-аналогов, результаты анализа факторов, влияющих на пропускную способность мостовых переходов, требования к методике, алгоритм, результаты экспериментальных и теоретических исследований по разработке методики.
Ключевые слова: скорость движения по мосту, пропускная способность, весомость факторов, уровень навыков механика-водителя.
Теория транспортных потоков развивалась исследователями различных областей знаний - физиками, математиками, специалистами по исследованию операций, транспортниками, экономистами. Достаточно большой опыт исследования процессов движения машин по дорогам и определения пропускной способности дорог и их отдельных элементов представлен в работах [1 - 6].
Проведенный анализ существующих методик по определению пропускной способности мостов, взятых из различных источников, в том числе, результатов исследований, проведенных ранее в ЦНИИИ ИВ [4, 5] и направленных на разработку методики определения пропускной способности механизированных мостов, показал, что они не вполне объективно и достоверно отражают все возможные условия применения мостов. Положительной стороной рассмотренных методик является то, что в них предпринята попытка учесть все факторы и конструктивные особенности моста, влияющие на пропускную способность, однако, результаты расчетов по указанным методикам не вполне объективно и достоверно отражают показатели, полученные на практике.
В ходе разработки методики сформулированы требования к ней, проведена классификация и многофакторный анализ всех исходных данных, которые могут повлиять на результат расчета. Совокупность всех факторов, влияющих на пропускную способность мостовых переходов, представляется, главным образом, двенадцатью факторами:
- опорно-сцепная и геометрическая проходимость переправляемой по мосту техники;
- обзорность мостового перехода механиком-водителем военной и специальной техники (ВСТ);
- уровень подготовленности механиков-водителей ВСТ;
275
рехода; грады;
несущая способность грунта берегов преграды; климатические и погодные условия;
ширина проезжей части и тип конструкции проезжей части; вспомогательные средства и способы обслуживания мостового пе-
длина мостового перехода, высота над водой, глубина водной пре-
- ограниченная видимость при движении по мостовому переходу;
- воздействие противника по мостовому переходу;
- динамические колебания пролетов моста при проезде ВСТ;
- продольные и поперечные уклоны проезжей части.
В ходе проведения анализа установлен механизм действия каждого из двенадцати рассмотренных факторов на искомый результат. Например, улучшение, повышение, увеличение и наличие свойств семи факторов приводит к повышению пропускной способности мостового перехода, а остальных пятерых факторов - к снижению, и, наоборот. При этом, необходимо учесть, что большинство факторов между собой взаимосвязаны, поэтому возникла необходимость их комплексного учета.
С целью установления весомости влияния факторов на скорость движения техники по мостовому переходу из механизированных мостов были проведены экспериментальные исследования. Результаты экспериментальных исследований позволили скорректировать значения понижающих коэффициентов, отражающих количественное влияние каждого фактора и групп факторов на скорость движения по мостовому переходу и его пропускной способности.
Для достижения указанной цели было проведено множество экспериментальных опытов, заключающихся в пропуске моделей переправляемой техники по моделям мостовых переходов в различных условиях и вариантах схем моделирования. Каждый из рассмотренных факторов представлен в виде коэффициентов К1-К6.
С целью проверки работоспособности методики и оценки ее качества был разработан алгоритм расчета и проведены расчеты скоростей движения по мосту и перед ним, а также пропускной способности тридцати двух схем установки мостов для различных условий. Точность результатов расчета скорости передвижения машин, как по мостовому переходу, так и на 10-ти метровом участке подхода к нему, а также пропускной способности мостового перехода составляет - ±5%.
Скорость движения колонны машин на участке мостового перехода вычисляется путем нахождения средневзвешенной скорости движения на двух участках: на подходе к мосту протяженностью 10 м и на самом мосту и определяется по формуле
V = 10^1 +ьV ,
мп 10 + ь у '
М
где У1 - скорость движения машины на участке подхода к мосту протяженностью 10 м, км/ч; У2 - скорость движения машины по мосту, км/ч; Ьм - длина моста, м.
Вычисление скоростей движения по мостовому переходу для других типов мостов, вариантов и условий установки моста производятся путем умножения на коэффициенты условий по формуле
У^1,2 = К1*К2*К3*К4*К5*Кб*У1Э,2Э, (2)
где У1Э, 2Э - эталонные скорости движения по мосту длиной Ьм = 20 м (У1Э = 10,5 км/ч; У2Э = 18 км/ч); К1 - коэффициент ширины и типа конструкции проезжей части; К2 - коэффициент длины моста; К3 - коэффициент продольных и поперечных уклонов пролетов моста; К4 - коэффициент уровня навыков механиков - водителей техники преодолеваемой мостовой переход; К5 - коэффициент обзорности моста с места механика - водителя техники преодолеваемой мостовой переход; Кб - коэффициент опорно-сцепной и геометрической проходимости техники преодолеваемой мостовой переход.
При расчете скорости движения машины по мосту в расчет необходимо вносить все коэффициенты К1-Кб, а для расчета скорости движения перед мостом необходимо брать в расчет только коэффициенты К1, К2, К4, К5, а коэффициенты К3, Кб принимаются равными 1,0.
Расчет пропускной способности мостового перехода Пмп (маш./ч) при движении колонны техники в одном направлении проводился по следующим формулам:
- для механизированных мостов без промежуточных опор с длиной пролета более 15 м и средней скоростью движения по мостовому переходу менее 10 км/ч
10ЪУ
П = -МП- . (3)
мп ь +10 +1 ' (3)
м маш
- для механизированных мостов с промежуточными опорами и без них с различной длиной пролета и средней скоростью движения по мостовому переходу более 10 км/ч
103У
П =-мп-; (4)
мп ь +10 + 0,76 V +1 ^
м ' мп маш
где Пмп - пропускная способность мостового перехода, маш./ч; Vмп - средняя скорость движения машины по мостовому переходу, км/ч; 1маш - длина машины, м; ьм - длина моста, м.
С целью наглядности представления получаемых результатов в таблице приведены максимальные и минимальные значения коэффициентов К1 - Кб. Длина машины при расчете пропускной способности мостового перехода принималась равной длине танка Т-90 со стволом вперед 1маш = 9,5 м.
Результаты расчетов скорости движения по мостовому переходу и пропускной способности моста с максимальными и минимальными
значениями коэффициентов К
Исходные данные и искомые величины Значения исходных данных *) и искомых величин
Колейный мост Мост со сплошной проезжей частью
К1 (тт...тах) 0,75/0,93 ... 1,23/1,2 0,8/1,05 ... 1,57/1,65
К2 (тт...тах) 0,8/0,88 ... 1,2/1,1 0,86/0,95 ... 1,27/1,19
К3 (тт...тах) 1,0/0,67 ... 1,0/1,07 1,0/0,67 ... 1,0/1,07
К4 (тт...тах) 0,4 ... 0,98 0,4 ... 0,98
К5 (тт...тах) 0,74 ... 1,01 0,74 ... 1,01
К6 (тт...тах) 1,0/0,86 ... 1,0/1,0 1,0/0,97 ... 1,0/1,2
Скорость движения по мостовому переходу -УМп (тш...тах) 2,5 ... 18,0 км/ч 3,2 .... 30,7 км/ч
Пропускная способность мостового перехода - Пмп (тт...тах) 85 ... 285 маш./ч 110 ... 371 маш./ч
----
Примечание: ) для дробных значений в числителе - для скорости У1,
в знаменателе - для скорости У2, для остальных К{(У1) = К(У2).
Результаты исследований показывают, что наиболее весомым фактором является уровень навыков механиков-водителей техники преодолеваемой препятствие по мостовому переходу, оборудованного с использованием механизированного моста (44...55 %). При увеличении уровня навыков механиков-водителей с 5 до 40 проездов скорость проезда по мосту увеличивается почти в 2,3 раза, а пропускная способность в 2 раза.
Полученные в ходе проведения экспериментальных исследований результаты позволили установить весомость влияния основных факторов на пропускную способность мостовых переходов, оборудуемых с применением механизированных мостов (рис. 1). В методике оценивались все возможные варианты исходных данных, однако, если допустить, что по мосту будут ездить механики-водители с уровнем опыта не менее 40 проездов, то степень влияния этого фактора не будет превышать 5 %, а весомость других факторов пропорционально увеличиться почти в 2 раза.
Результаты исследований по разработке методики показали, что скорость движения по мостовому переходу в зависимости от длины моста изменяется незначительно, в пределах 13 % (от - 11 % до + 2 %), однако с увеличением длины моста значительно уменьшается его пропускная способность - по 10.15 % на каждые 10 м длины моста, что составляет от +15 % для 10-метрового моста до - 44 % для 60-метрового моста.
278
а б
Рис. 1. Весомость факторов, влияющих на скорость движения по мостовому переходу из механизированного моста: а - с учетом
уровня навыков механика-водителя; б - механик-водитель обучен (влияние навыков не более 5 %); 1 - ширины проезжей части;
2 - длины моста; 3 - уклонов моста; 4 - уровня навыков механика-водителя; 5 - угла обзора с места механика-водителя;
6 - условий видимости; 7 - опорно-сцепной проходимости
и других условий
В механизированном мосту со сплошной проезжей частью увеличение ширины проезжей части с 3,25 до 4,25 м способствует увеличению скорости движения на 30 %, а при ширине до 4,75 м - на 38 %. Следует отметить, что скорость движения по мосту со сплошной проезжей частью при равных условиях больше скорости движения по колейному мосту при ширине проезжей части до 4,25 м на 23 %, а при ширине более от 4,25 м до 4,75 м - на 23...54 %. Пропускная способность мостов при увеличении ширины проезжей части от 3,25 до 4,25 м возрастает на 20 % - для колейного моста и на 25 % для моста со сплошной проезжей частью, далее для колейного моста она падает, а для моста со сплошной проезжей частью при ширине 4,75 м возрастает на 33 %.
Максимально допустимый уклон установки моста составляет не более 4,00 для трехпролетного моста и более, а для одного-, двухпролетных мостов - не более 6,00. Уклон отрицательно сказывается на скорости движения по мосту при установке его со спуском в сторону противоположного берега, скорость движения по мосту в данном случае на каждые 0,50 снижается на 3 %. В случае установки моста с подъемом в сторону противоположного берега скорость движения по мосту увеличивается на каждые 0,50 уклона на 0,86 %. Пропускная способность в зависимости от уклона моста изменяется в пределах от - 18 до +5 %. Поперечный уклон моста при максимально допустимом значении 3,0° снижает возможную скорость движения по мосту на 12 %, а пропускную способность - на 10 %.
279
Увеличение уровня навыков с 5 до 40 проездов повышает скорость проезда (рис. 2) по мосту в 2,3 раза, а пропускную способность - в 2 раза.
Рис. 2. Скорость движения по мостовому переходу длиной 20 м в зависимости от уровня навыков механика-водителя: 1 - 6 - для колейного моста; 7 -12 - для моста со сплошной проезжей частью; 1, 7 - до 5 проездов; 2, 8 -10 проездов; 3, 9 - 20 проездов;
4,10 - 30 проездов; 5, 11 - 40 проездов; 6,12 - 50 проездов
Угол обзора моста с места механика-водителя имеет разное значение различных образцов ВСТ, при увеличении угла обзора от 15 до 350 скорость движения по мосту увеличивается на 15 %, а пропускная способность моста - на 12 %. Образование выбоин перед мостом, крутой угол въезда на мост, темное время суток, задымление и другие условия ограниченной видимости способствуют снижению скорости движения по мосту на 12.. .23%, а пропускной способности мостового перехода - на 18.. .20 %.
Дождливая погода, низкая несущая способность берегов, отсутствие разметки границ и габаритов проезжей части, гололед, низкий коэффициент сцепления движителей ходовой части машин с поверхностью проезжей части моста и другие факторы, отрицательно влияющие на пропускную способность моста, также способствуют снижению скорости движения до - 30 %, а пропускной способности моста - до - 24 %.
В ходе проведения исследований также подтверждено, что на скорость движения по мостовому переходу благоприятно воздействует наличие прямолинейного участка на подходе к мосту длиной не менее 10 м. Указанный участок подхода к мосту позволяет механику-водителю переправляемой машины «прицелиться» в ось моста и выровнять машину параллельно оси моста еще на подходе.
280
Результаты исследований при разработке методики позволили сформулировать технические требования по ширине проезжей части механизированных мостов, углов уклона ее относительно горизонта, обзорности мостового перехода, обозначений габарита проезжей части к конструкции перспективных механизированных мостов и рекомендации по содержанию мостового перехода на преграде. Кроме того, результаты расчетов по предлагаемой методике, использованные методы и приемы могут быть использованы при составлении программ и методик испытаний перспективных мостовых средств с целью проверки их пропускной способности.
Разработанная методика может быть использована для оценки пропускной способности разборных, низководных и наплавных мостов после небольшого уточнения отдельных коэффициентов влияния различных факторов, применительно к этим мостам. Полученные результаты впоследствии также необходимо использовать при проведении оценки эффективности применения механизированных мостов.
Полученные коэффициенты, отражающие степень влияния различных факторов на пропускную способность мостового перехода, могут быть использованы при создании программных продуктов - симуляторов для обучения вождению механиков-водителей при преодолении мостовых переходов в виртуальной обстановке на тренажерах.
Список литературы
1. Беккер М.Г. Введение в теорию систем «местность - машина». М.: Машиностроение, 1973. 520 с.
2. Сильянов В.В. Теория транспортных потоков в проектировании дорог и организации движения. М.: Транспорт, 1977. 304 с.
3. Поляков И.С. Эксплуатационная оценка маршрутов и дорожной сети при оперативном оборудовании полосы (района) в дорожном отношении. М.: ВИА, 1996. 72 с.
4. Исследование путей повышения пропускной способности мостовых переходов, оборудуемых гусеничными мостоукладчиками: отчёт о НИР (шифр «Дон»). рук. Янбеков К.Ф. исполнит. Китанов В.Ф., Быленков М.А., Верглинская Н.А. и др. - Нахабино: изд-е: 15 ЦНИИИ МО РФ, 2009. 415 с.
5. Носков Н.Н. Уточненная методика расчета пролетных строений механизированных мостов и танковых мостоукладчиков: монография. Тюмень: ТВВИКУ, 2013. 120 с.
6. Особенности подготовки и содержания путей в условиях горнолесистой местности: учебное пособие / И.С. Поляков [и др.]. М.: ВИУ, 2000. 216 с.
Носков Николай Николаевич, канд. техн. наук, докторант, mntiz@yandex. ru, Россия, Москва, Военный институт (инженерных войск) Военного учебно-научного центра Сухопутных войск «Общевойсковая академия Вооруженных Сил Российской Федерации»,
Волков Андрей Михайлович, канд. воен. наук, доц., проф., [email protected], Россия, Тюмень, Тюменское высшее военно-инженерное командное училище имени маршала инженерных войск А.И. Прошлякова,
Зыкова Вера Константиновна, доц., zykova47@,list.ru, Россия, Тюмень, Тюменское высшее военно-инженерное командное училище имени маршала инженерных войск А . И. Прошлякова
METHOD OF DETERMINING THE CAPACITY OF BRIDGE TRANSMISSIONS EQUIPPED WITH THE USE OF MECHANIZED BRIDGES
N.N. Noskov, A.M. Volkov, V.K. Zykova
The article contains a brief description of the methodology for determining the throughput of bridge crossings equipped with mechanized bridges. The presented material contains a brief description of the analysis of existing analog techniques, the results of analysis of factors affecting the capacity of bridge transitions, the requirements for the methodology, the algorithm, the results of experimental and theoretical studies on the development of the methodology.
Key words: speed of the bridge, capacity, weight offactors, level of skills of the driver-mechanic.
Noskov Nikolay Nikolaevich, candidate of engineering, doctoral candidate, mntizayandex. ru, Russia, Моsсow, Military Institute (engineering troops) Military training and research center of Ground forces «^mbined arms Academy of the Armed Forces Russian Federation»,
Volkov Andrey Mihailovich, candidate of military sciences, docent, professor, and-mih2012@yandex. ru, Russia, Tyumen, Tyumen Higher Military Engineering Command School (Military Institute) named Marshal of Engineering Troops A.I. Proshlyakova Ministry of Defense of the Russian Federation,
Zykova Vera Konstantinovna, docent, zykova4 7@list. ru, Russia, Tyumen, Tyumen Higher Military Engineering Command School (Military Institute) named Marshal of Engineering Troops A.I. Proshlyakova Ministry of Defense of the Russian Federation
